Ny mikroskopiteknik afslører en funktion, der kan forme anvendelser af en klasse kvantematerialer

Et team af forskere ledet af Oak Ridge National Laboratory mikroskop Miaofang Chi og Vanderbilt teoretiske fysiker Sokrates Pantelides har brugt en ny teknik til scanningstransmissionselektronmikroskop til at forestille elektronfordelingen i ionforbindelser kendt som elektrider - især de elektroner, der flyder løst i lommer og vises adskilt fra atomnetværket.

Den nye teknik, differentiel fasekontrast i STEM, måler og kortlægger elektriske felter og ladningsfordelinger inde i et materiale. Undersøgelsen er første gang, at DPC er blevet brugt på denne måde. Ved at analysere ladningsbilleder af snesevis af sådanne kanaler, holdet fandt, at kun nogle indeholder den negative ladning forudsagt af teoretiske beregninger, mens andre har væsentlig mindre negativ eller endda en lille koncentration af positiv ladning. Pantelides' årtiers erfaring med brint førte til forslaget om, at spor af brint, som i det væsentlige er umulige at eliminere, er ansvarlige for den observerede inhomogenitet, og efterfølgende detaljerede beregninger bekræftede hypotesen. Neutronspredningsforsøg gav beviser til støtte for brintscenariet.

Pantelides forventer, at mange fysikere og ingeniører vil bruge resultaterne af denne undersøgelse til at informere deres forskning, som al moderne teknologi er bygget på elektroniske egenskaber af materialer.

Et frontlinjeforskningsområde, der tog fart i de sidste 10 år, "elektrider var langsomme til at forstå på grund af deres mærkelige egenskaber, " sagde Chi, en forskningsmedarbejder ved Center for Nanophase Materials Sciences ved ORNL. "Dette arbejde giver en teknik, der direkte visualiserer og kvantificerer disse elektroner, der opfører sig som et atom uden kerne, leverer et unikt værktøj til at undersøge elektrider."

"Materialerne er lovende, " sagde Pantelides, University Distinguished Professor of Physics and Engineering og William A. &Nancy F. McMinn Professor of Physics. "Vi forventer, at dette arbejde vil blive brugt i både eksperimentel og teoretisk analyse af de eksotiske egenskaber i elektrider og den rolle, som brint kan have i deres adfærd."

I øjeblikket, dataloger anvender maskinlæringsteknikker til hurtigt at identificere materialer med elektridesignaturer, så de kan undersøges yderligere. Det er allerede kendt, at elektrider er gode til at opbevare brint, kan bruges som katalysatorer, bærer stærke strømme på grund af deres høje elektronmobilitet og udviser ofte ukonventionel magnetisme, endda superledning. Disse og andre egenskaber gør deres udvikling attraktiv for en række nye teknologier.